|
阻燃材料丨常用的六种阻燃剂在现代社会中，高分子材料的应用极其广泛，从日常生活用品到工业、建筑、电子等领域都随处可见。然而，高分子材料大多具有易燃的特性，这给人们的生命和财产安全带来了潜在威胁。为了降低高分子材料的可燃性，提高其阻燃性能，阻燃助剂应运而生。 一、卤系阻燃剂 卤系阻燃剂是最早被广泛使用的一类阻燃剂，主要包括溴系阻燃剂和氯系阻燃剂。溴系阻燃剂具有阻燃效率高、添加量少、对材料性能影响小等优点。它们通过在燃烧过程中释放出溴化氢等卤化气体，捕捉自由基，终止燃烧链式反应，从而起到阻燃的作用。常见的溴系阻燃剂有十溴二苯醚（分解温度约为 300℃）、四溴双酚 A（分解温度约为 240℃）等。 氯系阻燃剂的阻燃原理与溴系类似，但阻燃效率相对较低。然而，氯系阻燃剂价格较为低廉，在一些对阻燃要求不高的场合仍有应用。卤系阻燃剂虽然具有良好的阻燃效果，但也存在一些问题。一方面，它们在燃烧时可能会释放出有毒的卤化气体，对环境和人体健康造成危害；另一方面，随着环保要求的日益提高，卤系阻燃剂的使用受到了越来越多的限制。 二、磷系阻燃剂 有机磷系阻燃剂涵盖磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、有机磷盐，以及磷杂环化合物和聚合物磷（膦）酸酯等，其中应用最为广泛的当属磷酸酯与膦酸酯，磷系阻燃剂的研究正蓬勃发展，每年都有诸多报道，且主要聚焦于后面这两种。有机次膦酸金属盐作为新兴的阻燃剂，备受瞩目。 磷添加剂的作用机理在于，阻燃剂受热时可生成结构更为稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层的形成，一方面能够阻止聚合物进一步热解，另一方面可以阻拦其内部热分解产生的物质进入气相参与燃烧过程。常见的有机磷系阻燃剂有磷酸酯（分解温度约为 200℃）、膦酸酯（分解温度约为 250℃）等。无机磷系阻燃剂主要包括红磷等。红磷具有较高的阻燃效率，但存在颜色深、易吸湿、与高分子材料相容性差等缺点。为了克服这些缺点，通常需要对红磷进行微胶囊化处理。磷系阻燃剂的优点是阻燃效率高、环保性好，但其缺点是热稳定性相对较差，在某些应用场合可能会受到限制。 三、氮系阻燃剂 氮系阻燃剂中主要包含三聚氰胺及其衍生物等。其阻燃原理具有多方面的作用。首先，在燃烧过程中，氮系阻燃剂会分解并产生诸如氮气等不可燃气体，这些气体能有效稀释氧气，进而降低燃烧速度。其次，它还能够推动材料形成炭层，以此显著提高材料的阻燃性能。 具体来看，三聚氰胺及其缩合产物和盐在阻燃剂领域有着广泛应用。在众多应用场景中，它们常常与含 P 阻燃剂进行复合使用，当然，也可以和金属水合物以及卤化阻燃剂共同搭配使用。其主要的作用机理体现为：一方面，三聚氰胺在吸热分解的过程中能使聚合物基质实现冷却；另一方面，受热分解后会生成水、二氧化碳和氨等非可燃气体；同时，还会形成碳层。在选择三聚氰胺基阻燃剂时，主要依据聚合物基质的加工温度以及它对水解的敏感程度来决定。 氮系阻燃剂具备一些明显优点，如无卤、低毒，对环境较为友好。不过，它也存在一定的局限性，那就是阻燃效率相对较低。因此，通常情况下需要与其他阻燃剂配合使用，通过复配的方式才能获得较好的阻燃效果，以满足不同应用场景对阻燃性能的需求。 四、金属氢氧化物阻燃剂 金属氢氧化物阻燃剂是一种无卤、无毒、环保的阻燃剂，主要包括氢氧化铝（分解温度约为 200℃）和氢氧化镁（分解温度约为 340℃）。在燃烧过程中，金属氢氧化物受热分解，吸收大量的热量，降低材料的表面温度，同时释放出水分，起到冷却和稀释可燃气体的作用。此外，分解产生的金属氧化物还可以形成炭层，提高材料的阻燃性能。 金属氢氧化物阻燃剂的优点是阻燃效率高、环保性好、价格低廉，但其缺点是添加量较大，会对材料的力学性能产生一定的影响。 五、膨胀型阻燃剂 膨胀型阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂，主要由酸源、炭源和气源三部分组成。在燃烧过程中，膨胀型阻燃剂会在材料表面形成一层致密的炭层，起到隔热、隔氧的作用，阻止燃烧的进一步蔓延。 分解产生的气体还可以起到稀释可燃气体的作用，降低燃烧速度。膨胀型阻燃剂的优点是阻燃效率高、环保性好、对材料的力学性能影响小，但其缺点是价格相对较高，在一些应用场合可能会受到限制。 六、纳米阻燃剂 纳米阻燃剂是一种新型的阻燃剂，主要包括纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝、纳米碳管等。纳米阻燃剂具有比表面积大、表面活性高、分散性好等优点，可以在材料中均匀分散，提高阻燃效果。 纳米阻燃剂还可以改善材料的力学性能、热稳定性等。纳米阻燃剂的优点是阻燃效率高、环保性好、对材料的性能影响小，但其缺点是价格相对较高，在一些应用场合可能会受到限制。 总结 阻燃助剂的种类繁多，每种阻燃剂都有其独特的阻燃机制和优缺点。在实际应用中，需要根据高分子材料的种类、使用环境、阻燃要求等因素，选择合适的阻燃剂，并进行合理的配方设计，以达到最佳的阻燃效果。同时，随着环保要求的日益提高，开发新型的无卤、环保、高效的阻燃剂将是未来的发展趋势。 |
